金櫻神社が何時頃から信仰されるようになったのかは判りませんが、古くから金峰山を信仰する神社で、甲斐国と信濃国の国境となる山頂付近に位置する御像石には少彦名命の御霊が宿る霊石として信じられてきました。
由緒によると、第十代崇神天皇の御代に全国で疫病が蔓延し多くの国民が罹患、村々は凄惨を極めた為、崇神天皇は諸国に神々を祭り、疫病退散を祈願するようにとの勅命を下したそうです。
甲斐国では金丸山に少彦名命の御霊を勧請し疫病退散の祈願を行ったのが当社の起こりとされます。
景行天皇４０年、東国平定を命じられた日本武尊が見事勅命を完遂し、凱旋帰国の途中に甲斐国を訪れた際、金丸山を登拝し当社を詣でました。
日本武尊が、当社の霊験を感じ取ると、当社を甲斐国鎮護の霊場に相応しいと悟り、甲斐国造塩海宿禰に御像石の傍らに社殿を建立させ、須佐之男尊と大巳貴命の二柱を勧請しました。
雄略天皇１０年に神勅によって現在地に社殿を建立し、金丸山の山頂から、少彦名命、須佐之男尊、大巳貴命の三柱を勧請し里宮を創建、さらに中宮魂正明神には日本武尊、東宮稲田社には稲田姫命を奉斎するようになりました。
大宝２年（７０２）、勅命により大和国金峯山から蔵王大権現と金精大明神が勧請され、蔵王大権現は本宮、金精大明神は中宮で祭られました。
その際、金丸山を金峰山、神岳を御岳山に改称し、神領山内に末社１２０柱を勧請したと伝えられています。
延長５年（９２７）に編纂された延喜式神名帳に記載されている甲斐国山梨郡鎮座の式内社「金櫻神社」は当社の事との説があり、当時から格式の高い神社として認識されていたようです。
信仰が広がり神仏習合した事で、多くの神主や僧侶が当社で奉仕し、最盛期には１００余名を数え、門前町が形成していたとされ、社運も隆盛しています。
中でも当社を訪れた真言宗の開祖、弘法大師空海は自筆の経文を奉納したとも云われ、鎌倉時代初期には日蓮宗の開祖、日蓮上人も１００日間参籠し一部八巻の法華経を奉納、鎌倉幕府執権北条時頼も大般若経を奉納したと伝えられています。
その後は甲斐国守護職武田家が崇敬庇護し、甲斐源氏の祖逸見太郎清光が中宮社殿を再建、里宮の正殿・拝殿・庁屋は武田義信が造営、さらに武田勝頼が能面八面を奉納、仁科五郎が武具散蒔絵鼓胴を奉納しています。
天正１０年（１５８２）に武田家が滅ぶと衰微しましたが、豊臣家の治世には甲斐国守となった浅野長政が庇護し、東宮本殿と神楽殿を造営しています。
江戸時代に入ると歴代甲府城主の祈願所として崇敬され朱印地１０石１斗が安堵、貞享５年（１６８８）には徳川綱豊が米１００俵を寄進し、広く浄財を募って神供所と社人参籠所を建立しています。
御像石の付近からは甲斐派美と呼ばれる清水が湧き出し、下流域の水源と見立てられた為、川筋の住民達から農作物の守護神として信仰され、旱魃の際には雨乞いの祈祷が行われたそうです。
又、日本武尊が山中で道に迷った際、白狼の導きにより危機を脱したとの伝説から、狼信仰の神社としても知られ、現在でも狼札が配布されています。
夫木和歌抄に収録された、鎌倉時代中期の天台宗寺門派の僧侶・歌人として知られた隆弁の「いにしへのよしのをうつすみたけ山こがねのはなもさこそさくらめ」の歌や、古くから唄われた「金の成る木の金櫻」の民謡等から金運に御利益があるとして信仰されました。
さらに当社が所有する火の玉・水の玉と呼ばれる水晶も合わせて金運と厄難解除に御神徳があるとして多くの参拝者が訪れました。
江戸時代までは神仏習合し「蔵王権現」と号していましたが、明治時代初頭に発令された神仏分離令と修験道廃止令により、仏教色が一掃され、社号を役行者の「金を以て神と為し、櫻を以て霊と為す」の御託宣に因み「金櫻神社」に改めています。
明治政府下で郷社に列し、大正５年（１９１６）に県社に昇格しています。
昭和３０年（１９５５）に発生した火災により国指定重要文化財に指定されていた中宮本殿と東宮本殿をはじめ多くの伝統的建築物が焼失しましたが、その後再建され現在に至っています。
令和２年（２０２０）に日本遺産「甲州の匠の源流・御嶽昇仙峡〜水晶の鼓動が導いた信仰と技、そして先進技術へ〜」が認定されると、金櫻神社が所有している文化財や例祭で奉納される大々神楽等が、構成文化財に指定されています。